随着移动互联网与多媒体技术的飞速发展,数字图像逐渐成为人们获取信息的主要方式之一。数字图像的应用给人们带来诸多便利的同时,也面临着严重的信息安全问题。传统的加密算法主要针对文本数据,难以较好地适用于数据量大、像素间相关性强、信息冗余度高的数字图像。混沌系统所具有的初值敏感性、伪随机性、各态历经性等特征与密码学中的基本要求十分契合,致使其在数字图像加密中的应用具有广阔的研究前景。本文基于混沌理论与数字图像加密技术,首先设计了新型超混沌系统及其分数阶系统,然后基于此系统,提出了两个图像加密算法,主要研究内容如下:1.设计了新型超混沌系统及其分数阶系统,通过相图、Lyapunov指数谱和分岔图等分析了系统的动力学特性。分析结果表明:(1)在不同参数取值下,超混沌系统具有无平衡或曲线平衡;(2)无平衡点的超混沌系统及其分数阶系统均存在共存吸引子。2.设计了基于超混沌系统的双图关联数字图像加密算法。首先,基于新型超混沌系统设计混沌序列发生器,并对产生的混沌序列进行充分的统计分析和随机性测试。然后,提出了一个明文相关的双图关联数字图像加密算法。此算法采用明文无关的深度扩散、明文相关的置乱和自适应比特操作。相较于其它算法,明文信息不再用于控制系统参数,使得混沌序列可以安全重复地利用。仿真结果表明,算法加密效率高,抗明文攻击能力强。3.设计了基于混沌同步的多图加密算法。首先,基于分数阶超混沌系统设计了一个简单的自适应同步控制器。然后,提出了一个基于混沌同步的多图加密算法。此算法引入明文干扰项,采用比特级别的行列置乱、DNA随机编码、DNA的快速置乱与扩散操作。解密时可以自动检索干扰项,不仅使算法摆脱了OTP模式,而且使得混沌随机序列可以安全重复地使用。仿真结果表明,算法可以大幅度减少混沌序列的迭代次数,同时也保证了图像之间的高度关联,能够掩盖明文的比特信息分布,具有较高的明文敏感性,满足图像加密的基本要求。